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Progettare un PCB per la Internet of Things (IoT) – Parte 3

on 26 Giugno 2017

In questa terza e ultima puntata del nostro tutorial su come progettare il PCB di un prodotto IoT (Internet of Things), parleremo del disegno del PCB layout, una delle fasi di progettazione del PCB più importanti.

Progettare il PCB Layout per l’IoT

I progetti IoT – specie per prodotti di consumo come i wearable (indossabili) – sono fortemente vincolati a una forma predefinita che caratterizza l’oggetto, disegnata tramite un CAD meccanico 3D. Per assicurarsi la compatibilità della parte elettronica del progetto, rispetto alla forma fisica, è indispensabile poter disporre di una chiara visione della scheda all’interno del suo involucro. Dunque il perimetro fisico del PCB è il primo vincolo importante di cui tenere conto. Poi ci sono l’ambiente d’uso del prodotto e la flessibilità necessaria. Ma ecco una breve rassegna dei fattori da considerare.

Constraint-based interactive routing

Il routing interattivo basato sui vincoli

1. Posizionamento dei componenti

Una volta che il disegno dello schematico è completo e il perimetro della scheda è stato importato nell’ambiente di layout – comprese le posizioni dei componenti di interfaccia, i fori per il fissaggio, le sagome, ecc. – il posizionamento dei componenti dovrebbe essere facile e veloce. Lo scambio di dati (cross-probing) bidirezionale tra lo schematico e il layout aiuta molto in questo. La possibilità di posizionare i componenti in 2D o 3D, mentre ci si assicura che tali posizioni soddisfano i vincoli di progetto, riduce i tempi ed evita le violazioni.

2. Gestione dei vincoli

L’utilizzo della gestione dei vincoli integrata, per diffondere lungo tutto il flusso di progettazione i vincoli elettrici predefiniti, consente di controllare le classi e i gruppi di net, assicurare che il disegno delle piste soddisfi le regole di performance di alta velocità, ed essere in grado di definire regole di alta velocità per le lunghezze combinate, le coppie differenziali, le lunghezze minime e massime, eccetera.

3. Layout 2D/3D

Quando si progetta un prodotto IoT con un fattore forma molto vincolante e una procedura di assemblaggio complessa, risulta molto vantaggioso poter mettere mano al disegno all’interno di un layout fisico 3D dettagliato. Una visualizzazione 3D fotorealistica durante il posizionamento dei componenti permette di verificare la correttezza costruttiva del layout. I modelli STEP accurati dei componenti forniscono una vista de prodotto finale che consente di verificare la conformità ai requisiti progettuali. Inoltre, la possibilità di importare la geometria meccanica del prodotto IoT nella visualizzazione 3D dà al progettista un controllo totale sull’adeguatezza del progetto.

4. Circuiti rigido flessibili nei progetti IoT

Il PCB rigido flessibile si trova oggi in tutti i tipi di prodotti elettronici ed è spesso richiesto proprio nei progetti IoT.

iot design rigid flex

Ambiente di progettazione 2D-3D per i PCB rigido flessibili

 

La verifica 3D assicura che le aree di transizione siano nella posizione giusta e che i componenti non presentino interferenze rispetto al contenitore. In questo tipo di progetto, gli aspetti critici sono costituiti dalla gestione delle sezioni flessibili, dal posizionamento dei componenti sui layer flessibili, dalla sbrogliatura del flessibile e dalle forme dei piani di riempimento. Avere la possibilità di visualizzare sin dalle prime fasi del progetto i progetti IoT con PCB rigido flessibili può consentire di prevenire costosi rifacimenti. Inoltre, la possibilità di esportare i progetti rigido flessibili come modelli solidi 3D in un CAD meccanico (MCAD) consente una collaborazione bidirezionale efficiente tra i domini ECAD e MCAD, per evitare problemi di tipo sia di passaggio alla produzione (DFM), sia di passaggio all’assemblaggio (DFMA).

5. Testare i progetti IoT

La necessità di verificare la producibilità del prodotto IoT va considerata in tutte le fasi del progetto. Ad esempio, il DFT (Design for Test) fornisce la testabilità del progetto dalla prospettiva del PCB nudo e crudo, per identificare eventuali difetti di fabbricazione. In modo simile, eseguire l’analisi DFMA (Design for Manufacturing and Assembly) permette di identificare problemi come quelli degli sliver e delle superfici di rame esposte non volutamente al solder mask, in modo che possano essere corretti prima della fabbricazione.

In conclusione, la produzione di progetti IoT può costituire un processo complesso, sia per i maggiori produttori di elettronica sia per i maker. La possibilità di risparmiare anche pochi centesimi per unità prodotta si traduce per tutti in vantaggi sensibili nel budget di produzione.

La differenza sta nell’adottare un tool per il layout che supporti caratteristiche relative alla produzione, come l’analisi DFMA o la pannellizzazione, e questo è il caso di PADS e di Xpedition. Nella fase di assemblaggio, poter disporre di un flusso per lo scambio di informazioni di produzione “leggera” come ODB++, aiuta ad evitare i fattori che aumentano i costi o riducono il volume di produzione, identificando i problemi che possono causare ritardi o costosi re-spin.

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